無機陶瓷膜分離技術處理工業廢水

孫子涵，李 思，張金輝

（遼寧石油化工大學，遼寧 撫順113001）

無機陶瓷膜也稱CT膜，是固態膜的一種，是由高溫煅燒制成的分離膜[1]。無機陶瓷膜具有分離效率高、化學性質穩定、耐酸堿、機械強度高、使用壽命長等優點，在、石油化工、冶金工業等眾多領域得到了廣泛的應用[2]，成為精密過濾分離新技術，一進入市場便成為膜領域發展最迅速最有發展前景的品種。經過十幾年的努力，中國依靠自主創新，無機陶瓷膜技術從無到有，打破了國外的壟斷與封鎖，達到了國際領先水平。《國家“十二五”科學和技術發展規劃》提出[3]，推動高性能膜材料技術和產業發展膜分離技術，這項新型分離技術能夠解決人類能源、環境、資源等重大問題。有專家預言，21世紀膜技術與其他技術的復合技術將會很大程度上取代傳統分離技術，推動人類科技的發展，促進社會可持續發展。本文介紹了無機陶瓷膜分離技術在工業廢水領域中的應用，以期為相關研究提供參考。

1 無機陶瓷膜分離技術處理工業廢水

1.1 無機陶瓷膜分離技術處理印染廢水

印染廢水的成分較復雜，其中含有各種漿料、COD、殘留漂白劑等污染物質，而無機陶瓷膜的的滲透性強，機械性能好，可以較好地分離過濾印染廢水中的污染物質。

孔德紅[4]等人對新疆芳婷紡織有限公司的一套廢水處理設備進行改造，用無機陶瓷膜深度處理針織印染廢水。輕污染水經陶瓷膜處理后，每天約有300 m3濃水回到濃污水部分處理，實際達標排放廢水550 m3/d, 回用水量450 m3/d，回用率達到45%，每噸的綜合能耗為 0.8 kWh，藥劑費每噸平均 0.4元。回用水達到回用水質要求。李煒[5]等人以廣東佛陶集團金剛新材料有限公司提供的陶瓷膜管為對象，研究了多孔陶瓷微濾膜對印染廢水的過濾效果，對操作壓力、錯流速度和運行時間等參數進行篩選。結果表明，當操作壓力為0.275 MPa，錯流速度為每秒2.5 m，原水水質的COD含量為50~80 mg·L-1，原水水質的NH3-N含量為5~15 mg·L-1時，運行20 min后，COD 去除率為 30%，NH3-N的去除率為20%。馬春燕[6]等人以輕污染的印染漂洗水為研究對象，用陶粒和陶瓷膜過濾系統進行分離處理。研究結果顯示，系統處理出水的水質較為穩定，廢水中COD含量在500 mg/L左右，色度為400倍左右，該系統可以去除廢水中80%的COD含量，色度去除率可達 90%以上，處理效果較為理想。吳俊[7]等人用無機陶瓷膜對取自江蘇鹽城華強絲綢印染廠廢水池的印染廢水進行了處理。在膜面流速為 4.2 m/s，操作壓力為0.2 MPa，溫度為30 ℃的最佳條件下，膜通量為129.64 L/(m2·h)，COD的截留率可以達到65%以上，色度的去除率高達90%以上。

總的來說，無機陶瓷膜具有滲透性強、機械性能好及耐腐性等特點，但是其主要缺點是制作過程復雜和運輸困難。

1.2 無機陶瓷膜分離技術處理造紙廢水

造紙廢水中的造紙黑液堿性大、濃度高，主要含有木質素、鈉鹽等堿性物質，其對分離膜的性能要求比較高，而無機陶瓷膜的耐酸堿性和耐高溫性可以較好地處理造紙廢液。

黃江麗[8]等人在溫度為53 ℃，壓力為0.2 MPa的條件下，采用QH-型無機陶瓷膜裝置對源于山東省濰坊廣信造紙廠的造紙廢水進行分離，并對分離液中的木質素等物質進行了分析對比。草漿黑液的pH=10~11，溫度為60 ℃，木質素質量濃度為23.13 g/L，固體物質量濃度為83.3 g/L。處理后，原液中COD的分離率達到60%以上，木質素的分離率達到85%以上，分離過濾 3.5 h后，木質素的濃縮比為2.4左右。姜海龍[9]等人利用汶瑞機械有限公司制造的膜錯流過濾實驗裝置，對堿法草漿黑液二次出水進行試驗，并且對比了黑液原液和分離液的 COD等參數。結果表明：黑液原液中的COD含量從326 mg·L-1降到了 225 mg·L-1，色度和濁度的分離率達到30%以上，固形物的截留率高達90%以上。姜海龍[10]等人用無機陶瓷膜對造紙所產生的堿法草漿黑液進行了處理。在操作壓力為0.2~0.3 MPa，錯流速度不小于5.0 m/s，溫度在55 ℃左右的最佳條件下，COD的截留率可達到60%以上，木素的分離率達到75%以上，分離過濾4 h后濃縮比為2.7。錢曉榮[11]等人用無機陶瓷膜與有機超濾膜組合工藝對江蘇鹽城華泰紙業再生紙生產廢水進行處理。實驗表明：隨著分離過濾時間的增長，其膜的滲透力逐漸減弱，最終達到平衡，平衡通量為75 L/(m2·h)左右，對分離液的檢測發現，COD的去除率達到84%左右，處理的廢水達到了國家頒布的造紙工業的水污染排放標準。

總的來說，無機陶瓷膜這一項新的技術用于造紙廢水處理，相比于一般處理方法，它具有耐酸堿性，安全性能較好等特點，但是無機陶瓷也具有成本高，價格昂貴和膜通量小等缺點。

1.3 無機陶瓷膜分離技術處理冶金廢水

在冶金生產過程中，會產生重金屬污水，含油污水以及采礦污水等冶金廢水。無機陶瓷膜在分離過濾冶金廢水時可以保持比較高的膜通量，處理過廢水的無機陶瓷膜經過清洗和再生后，膜通量可以恢復，滿足工業連續生產的要求。

姚志春[12]等人用 TCM-SY-52A 型實驗設備對工業碳酸鈉溶液、含草酸鈷水溶液以及硫酸鎳溶液等冶金廢水進行處理。實驗結果表明：經過無機陶瓷膜分離過濾后的溶液較為清澈透明，肉眼可見雜質及沉淀物和顆粒狀雜質的去除率高達95%以上，有價金屬離子的含量和含油量也有很大幅度的降低，分離過濾后的溶液可達到工業生產的標準。王瑛[13]等人用煙臺云帆過濾系統有限公司提供的重力式過濾紙帶和南京九思科技有限公司提供的陶瓷膜對乳化液進行了處理。在操作壓力為0136 MPa，膜面流速為41.66 m/s，溫度為60 ℃的最優條件下，分離過濾系統運行8 h以上，油的去除率高達99.7%以上，COD的去除率達到99%以上，處理后的水可以達到一級排放標準。張世光[14]等人用無機陶瓷膜對軋鋼所產生的乳化油進行了實驗處理。實驗結果表明：當壓力為0.16 MPa，陶瓷膜的平均通量為272 L/(m2·h)時，處理20 h后，乳化油中的油分去除率可以高達99%以上。馮海軍[15]等人用PT963型陶瓷膜過濾器對取自安陽鋼鐵股份有限公司焦化廠所產生的剩余氨水、粗苯分離水和終冷水等冶金廢水進行了處理。在廢水溫度為60 ℃、油初始濃度為200 mg/L、流量為1.0 m3/h、壓差為0.2 MPa時，處理20 min后，無機陶瓷膜的除油率超過75%，經過無機陶瓷膜處理后的含油量小于50 mg/L。

總的來說，無機陶瓷膜分離過濾器具有結構簡單、占地面積較小、安裝方便、使用壽命長且容易插入現有的工藝系統的優點，但是具有陶瓷管在運輸過程中易碎，且質量較重。

1.4 無機陶瓷膜分離技術處理采油廢水

在石油開采過程中，由于油田地質條件不同、注水水質不同等原因，采油廢水的成分較為復雜，除了含有原油、重金屬外還含有化學添加劑等污染物。無機陶瓷膜在分離過濾過程中不會產生難以處理的污泥，油的回收較容易，所以無機陶瓷膜是處理采油污水的發展趨勢[16]。

丁慧[17]等人用江蘇久吾高科技股份有限公司所生產的陶瓷膜對取自勝利油田某污水處理站的采油廢水進行了處理。經過無機陶瓷膜處理過的采油廢水的出水含油量均穩定在1.0 mg/L以下，出水平均含油量為0.18 mg/L，去除率高達95%以上，平均去除率為97.44%，出水懸浮物穩定在1.0 mg/L以下，去除率在85%以上。徐俊[18]等人用非對稱結構復合陶瓷膜對大慶油田二廠聚南八污水處理站的出水進行了處理。經過無機陶瓷膜處理過的采油廢水的水質較為穩定，原油和懸浮物的含量均在1 mg/L以下，去除率分別為98%和94%，濁度小于1NTU，去除率為97%，且對細菌的去除能力更強，幾乎達到 100%。經過無機陶瓷膜分離過濾的水質可以達到A1級的要求。鄒啟賢[19]等人用無機陶瓷膜對某油田廢水廠的采油廢水進行處理。無機陶瓷膜主要通過截留、 慣性沖撞和擴散的機理處理采油廢水中的COD。在操作壓力為0.1 MPa下，無機陶瓷膜的膜通量為0.23，采油廢水經過無機陶瓷膜的分離過濾處理后，COD的含量下降了100~120 mg/L。谷玉洪[20]等人用無機陶瓷膜對遼河油田茨榆沱采油廠注水站砂濾罐的出水進行了處理。實驗的分析結果表明無機陶瓷膜可以較好地處理采油過程中產生的含油污水，經過無機陶瓷膜處理后的采油廢水含油量小于3 mg/L，懸浮物含量小于1 mg/L，固體顆粒直徑小于1 μm，滿足油田注水水質的要求。

總的來說，雖然無機陶瓷膜去除采油廢水中的油污效果不錯，有很廣闊的發展應用前景，但是試驗所用的設備及無機陶瓷膜系統的成本過高，運用化學試劑對無機陶瓷膜的清洗也會帶來二次污染，以及膜通量較小等，這些缺點都是阻礙無機陶瓷膜在處理采油廢水過程中廣泛應用的原因，若想在油田推廣使用仍需要進行大量的研究工作。

2 結 論

無機陶瓷膜是膜領域發展最迅速的品種。本文對近幾年無機陶瓷膜處理工業廢水的研究進行了綜述。我國要在無機陶瓷膜領域得到更大的發展，應該將研究方向集中于以下幾個方面：第一，如何解決陶瓷膜在運輸過程中的困難，如易碎、質量大等。第二，無機陶瓷膜是熱的不良導體，容易出現傳熱不均勻的現象，在直接受熱面溫度達到235 ℃、兩側溫差超過100 ℃的情況下，無機陶瓷膜會出現裂縫，因此，陶瓷膜的再生以及如何解決膜污染問題是今后研究的重點。第三，陶瓷膜的制作工藝較為復雜，成本相對高，且膜通量較小，這些都是限制陶瓷膜技術廣泛應用的因素。

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